基于精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的煤礦井下設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘" 要：設(shè)備管理通常需要人工通過(guò)設(shè)備管理信息系統(tǒng)進(jìn)行管理，存在設(shè)備實(shí)際安裝位置與系統(tǒng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，以及還因礦井設(shè)備多，人工管理難度高的問(wèn)題。如何綜合應(yīng)用井下現(xiàn)有的各類系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理精準(zhǔn)、精細(xì)化管理的目標(biāo)，成為該設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容。作者結(jié)合煤礦的幾大系統(tǒng)，分析出精準(zhǔn)定位系統(tǒng)更加適合與設(shè)備管理系統(tǒng)打通，實(shí)現(xiàn)設(shè)備位置、歷史軌跡的精準(zhǔn)跟蹤及設(shè)備電子圍欄管理等功能，有效促進(jìn)設(shè)備管理的準(zhǔn)確性、安全性、實(shí)時(shí)性。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)定位；煤礦；井下設(shè)備；管理設(shè)備；圍欄

中圖分類號(hào)：TD76" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）35-0134-04

Abstract： Equipment management usually requires manual management through equipment management information systems， which may result in inaccurate installation locations and system data. Additionally， due to the large number of mine equipment， manual management is difficult. The research focus of this design is to comprehensively apply various existing systems underground， achieve data fusion between different systems， and achieve the goal of precise and refined equipment management. The author combines several major systems in coal mines to analyze that precision positioning systems are more suitable for integration with equipment management systems， achieving accurate tracking of equipment location and historical trajectory， electronic fence management， and other functions， effectively promoting the accuracy， safety， and real-time management of equipment.

Keywords： precise positioning; coal mine; underground equipment; management equipment; fence

國(guó)內(nèi)煤礦井下使用的設(shè)備種類數(shù)量非常多，尤其是筆者所在的煤炭集團(tuán)，是一個(gè)大型的礦井集群。煤礦設(shè)備多，礦井互相調(diào)配使用，煤礦井田大、布置復(fù)雜，設(shè)備多，設(shè)備管理難度較高，但是在設(shè)備管理上存在一個(gè)問(wèn)題，即設(shè)備使用歷史、設(shè)備具體使用位置、設(shè)備組合情況不夠準(zhǔn)確，需要依靠人工維護(hù)設(shè)備位置、調(diào)配信息，設(shè)備的管理難度較高。結(jié)合井下現(xiàn)有的系統(tǒng)情況，結(jié)合精準(zhǔn)人員定位系統(tǒng)，增加設(shè)備定位功能模塊，有助于推動(dòng)設(shè)備管理更加科學(xué)和精準(zhǔn)，提高設(shè)備的管理智能化。

結(jié)合筆者多年的煤礦經(jīng)驗(yàn)，好多煤礦都在使用信息化系統(tǒng)對(duì)井下設(shè)備全生命周期進(jìn)行管理，受設(shè)備的移動(dòng)變化和設(shè)備檢修更換等影響，人工管理的成本極高，導(dǎo)致通過(guò)平臺(tái)管理的積極性大大降低，不利于設(shè)備管理的持續(xù)和廣泛的應(yīng)用。設(shè)備在井下安裝位置不透明，無(wú)法直觀分析到設(shè)備安裝量，經(jīng)常需要人工統(tǒng)計(jì)，不利于設(shè)備跟蹤。設(shè)備維護(hù)與巡檢管理難。井下環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備分布雜散，管理人員很難直觀分析設(shè)備是否按時(shí)檢修與保養(yǎng)。

早期的人員定位系統(tǒng)主要是為實(shí)現(xiàn)井下的應(yīng)急救援，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)能較好地搜索井下人員，便于監(jiān)控跟蹤井下人員信息。隨著現(xiàn)代煤礦智能化建設(shè)、定位精度的提高，人員定位系統(tǒng)不僅是定位與監(jiān)控的工具，還具備了數(shù)據(jù)分析、決策支持、異常預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)控制等各類功能，這些成為了礦工安全的重要保障技術(shù)。

王頊提出通過(guò)精準(zhǔn)的定位與圍欄實(shí)現(xiàn)人員、車輛的闖入識(shí)別，以此來(lái)預(yù)防事故發(fā)生和保障作業(yè)人員的安全。韓小俊研究了基于精準(zhǔn)定位的電子圍欄應(yīng)用，主要基于井下現(xiàn)有的UWB精確人員定位系統(tǒng)和已經(jīng)相對(duì)成熟的AI視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的全程可視化監(jiān)控、預(yù)警，對(duì)井下作業(yè)人員的精準(zhǔn)位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)關(guān)聯(lián)控制采掘機(jī)械，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生。

由此可見，精準(zhǔn)定位系統(tǒng)已隨著煤礦智能化建設(shè)水平的提高，越來(lái)越多地應(yīng)用在了環(huán)境、設(shè)備安全、人員接近和車輛管理領(lǐng)域，本文重點(diǎn)從人員定位系統(tǒng)+設(shè)備管理系統(tǒng)的建設(shè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，基于人員定位+設(shè)備的思路，筆者認(rèn)為在井下可以對(duì)車輛、機(jī)電設(shè)備、采煤機(jī)、支架、掘錨機(jī)和梭車等設(shè)備通過(guò)安裝定位卡，擴(kuò)展精準(zhǔn)定位應(yīng)用空間，拓寬設(shè)備管理的路徑，提升井下設(shè)備管理質(zhì)量、效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全生命周期管理，從而提升煤礦安全管理水平。

1" 主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理目標(biāo)

煤礦設(shè)備是礦井的重要安全生產(chǎn)要素，也是企業(yè)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)保障，是企業(yè)的核心資產(chǎn)，因管理不到位極易造成設(shè)備損壞、人員傷害和威脅煤礦安全生產(chǎn)，因此參考國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)對(duì)于設(shè)備管理的要求與規(guī)范，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①在設(shè)備搬家后能夠自動(dòng)、實(shí)時(shí)更新設(shè)備位置信息和區(qū)隊(duì)信息。②在檢查時(shí)可以通過(guò)檢查人位置自動(dòng)識(shí)別附近的設(shè)備信息便于查詢歷史隱患信息。③為了滿足管理人員對(duì)設(shè)備安裝情況的直觀了解，系統(tǒng)提供了GIS一張地圖的功能。實(shí)時(shí)查看設(shè)備的分布、安裝狀態(tài)及相關(guān)信息。這不僅提高了決策的效率和準(zhǔn)確性，還為設(shè)施的整體規(guī)劃和優(yōu)化提供了有力支持。④對(duì)于井下的管理人員，可以通過(guò)手機(jī)APP快速查看設(shè)備故障數(shù)據(jù)、設(shè)備圖紙、檢修記錄和故障記錄等關(guān)鍵信息。只需在設(shè)備附近區(qū)域，即可獲取附近設(shè)備所有數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場(chǎng)決策提供了有力支持。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)還可以實(shí)現(xiàn)隱患整改情況的核實(shí)，確保隱患得到及時(shí)、有效的處理。⑤通過(guò)基于定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位，自動(dòng)地圖提示，節(jié)省巡檢投入，規(guī)范巡檢流程，實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備巡檢與人員軌跡相結(jié)合，防止巡檢數(shù)據(jù)造假和檢修記錄造假，與實(shí)際不符，有效提升設(shè)備管理質(zhì)量。

2" 系統(tǒng)架構(gòu)

基于SOA的面向服務(wù)框架設(shè)計(jì)，系統(tǒng)應(yīng)在易用性、可靠性、安全性方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。業(yè)務(wù)功能涵蓋了資產(chǎn)臺(tái)賬管理、點(diǎn)檢與維護(hù)管理、故障與維修管理、物資備件管理、運(yùn)行與能源管理、分析報(bào)表和數(shù)據(jù)采集等。

軟件展示與使用終端包含APP、PC、GIS大屏。系統(tǒng)使用B/S架構(gòu)，提高易用性，系統(tǒng)可在移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)查詢與錄入操作，后臺(tái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)管理與計(jì)算。采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)備軌跡數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)應(yīng)采用統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)，使用煤礦統(tǒng)一的管控平臺(tái)進(jìn)行集成，做好與ERP、人員主數(shù)據(jù)等平臺(tái)的集成，做到系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合與共享，降低系統(tǒng)運(yùn)維成本。

系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)對(duì)接人員定位系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)，將定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)緩存到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于實(shí)時(shí)計(jì)算臨時(shí)存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，減少對(duì)人員定位系統(tǒng)的訪問(wèn)頻率，降低系統(tǒng)負(fù)荷。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

3" 系統(tǒng)核心功能

3.1" 設(shè)備運(yùn)行管理

設(shè)備管理時(shí)需要匹配或維護(hù)設(shè)備技術(shù)參數(shù)、設(shè)備安裝位置、設(shè)備采購(gòu)記錄、設(shè)備調(diào)配、設(shè)備檢修、設(shè)備潤(rùn)滑、設(shè)備隱患管理、設(shè)備巡檢和設(shè)備報(bào)廢等信息。

設(shè)備在入井時(shí)必須綁定設(shè)備定位識(shí)別卡，并關(guān)聯(lián)設(shè)備的基本信息。標(biāo)識(shí)卡作為識(shí)別“上崗證”，只有持有標(biāo)識(shí)卡的設(shè)備才允許入井，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位與跟蹤。

3.2 設(shè)備資產(chǎn)管理

設(shè)備管理系統(tǒng)軟件建設(shè)了統(tǒng)一的設(shè)備信息庫(kù)，對(duì)設(shè)備的種類、品牌、規(guī)格、型號(hào)、技術(shù)參數(shù)、用途、功能、編號(hào)、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)時(shí)間和設(shè)備價(jià)格等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。對(duì)于大型煤礦企業(yè)應(yīng)全公司統(tǒng)一建立編碼管理，各礦井互相調(diào)劑設(shè)備時(shí)唯一跟蹤碼始終不變更，便于全生命周期追蹤設(shè)備。通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備和生命周期狀態(tài)管理，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)選型、采購(gòu)、安裝、調(diào)配、檢修、回收和報(bào)廢的全過(guò)程，保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)可靠運(yùn)行。

3.3" 設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)

設(shè)備自動(dòng)注冊(cè)，按照設(shè)備定位區(qū)域所在的工作面、巷道信息自動(dòng)注冊(cè)到設(shè)備管理平臺(tái)中，減少人工注冊(cè)管理的成本。

按照定位位置自動(dòng)匹配設(shè)備的具體位置，同一區(qū)域的設(shè)備按照定位數(shù)據(jù)自動(dòng)化分為同一區(qū)域。設(shè)備管理不再像傳統(tǒng)管理一樣手動(dòng)在系統(tǒng)中登記設(shè)備的安裝位置，位置變動(dòng)時(shí)不能實(shí)時(shí)更新信息，影響設(shè)備管理的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)與人員定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，共享位置數(shù)據(jù)。設(shè)備的位置不僅可以根據(jù)其物理位置自動(dòng)確定，還可以與在該區(qū)域工作的人員信息相關(guān)聯(lián)，為設(shè)備管理和人員調(diào)度提供更加全面的視角。這種集成化的管理方式不僅提高了設(shè)備管理的智能化水平，還有助于優(yōu)化資源配置，提升整體運(yùn)營(yíng)效率。

3.4" 檢修管理

設(shè)備檢修時(shí)，檢修作業(yè)人員定位系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)聯(lián)周邊設(shè)備，檢修作業(yè)人員可直接在系統(tǒng)中選擇離自己最近的設(shè)備進(jìn)行檢修登記，檢修時(shí)可拍照或錄像。

不同的設(shè)置可以設(shè)置不同的檢修保養(yǎng)周期，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行配置，如設(shè)備巡檢周期、設(shè)備潤(rùn)滑周期等標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行初始配置，系統(tǒng)根據(jù)歷史的巡檢記錄、潤(rùn)滑記錄、檢修記錄進(jìn)行自動(dòng)匹配；通過(guò)GIS大屏畫面展示設(shè)備的檢修狀態(tài)；通過(guò)大屏實(shí)現(xiàn)檢修異常的告警提醒，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提醒作業(yè)人員及時(shí)處置。

針對(duì)不同設(shè)備類型，配置相關(guān)的檢修標(biāo)準(zhǔn)，如潤(rùn)滑管理時(shí)可配置設(shè)備潤(rùn)滑量、潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)、潤(rùn)滑周期。系統(tǒng)分析潤(rùn)滑記錄，自動(dòng)計(jì)算潤(rùn)滑時(shí)間。當(dāng)潤(rùn)滑時(shí)間到達(dá)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)消息通知提醒運(yùn)維人員，降低因潤(rùn)滑不到位造成的設(shè)備故障與損壞。

3.5" 設(shè)備隱患管理

人員定位、設(shè)備定位均可能通過(guò)精準(zhǔn)定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)取得數(shù)據(jù)，相關(guān)人員在隱患查處、整改時(shí)均可通過(guò)定位系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)相匹配。本平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)隱患的記錄、整改、驗(yàn)收均與定位數(shù)據(jù)匹配。

隱患記錄。管理人員可通過(guò)手機(jī)APP查詢周邊的設(shè)備隱患情況，也可以通過(guò)手機(jī)錄入設(shè)備隱患信息，自動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)備的位置信息。

隱患整改。檢修人員在收到隱患整改通知后，必須到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，處置完成時(shí)實(shí)時(shí)錄入處置情況，并通過(guò)移動(dòng)終端拍照記錄反饋整改情況。系統(tǒng)自動(dòng)記錄人員位置、后臺(tái)匹配人員位置與隱患設(shè)備的位置，防止假整改，假處置情況的發(fā)生，提升隱患整改質(zhì)量。

隱患整改情況的驗(yàn)收。管理人員通過(guò)APP自動(dòng)彈出設(shè)備的故障記錄和整改記錄，并與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的閉環(huán)管理，大大降低整改不徹底的風(fēng)險(xiǎn)，全面提升設(shè)備隱患的記錄—整改—驗(yàn)收全過(guò)程的信息化管控。

3.6" 設(shè)備電子圍欄

電子圍欄是基于井下人員定位系統(tǒng)地圖及系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)在地圖區(qū)域的任意位置畫出不規(guī)則多邊形作為電子圍欄區(qū)域，當(dāng)設(shè)備定位坐標(biāo)出現(xiàn)在圍欄內(nèi)部或遠(yuǎn)離時(shí)可實(shí)時(shí)識(shí)別。維護(hù)界面如圖2所示。

電子圍欄程序開發(fā)時(shí)，計(jì)算不規(guī)則多邊形判斷某坐標(biāo)點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)還是外時(shí)可通過(guò)射線法（也稱奇偶規(guī)則或交叉數(shù)算法）。射線法要求多邊形的邊不相交。從待判斷的點(diǎn)出發(fā)，沿任意方向引一條射線，然后計(jì)算這條射線與多邊形各邊的交點(diǎn)個(gè)數(shù)。如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則點(diǎn)在多邊形內(nèi)部；如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則點(diǎn)在多邊形外部；如果射線恰好經(jīng)過(guò)多邊形的頂點(diǎn)，則需要根據(jù)具體情況進(jìn)行特殊處理。

設(shè)備電子圍欄主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

禁止安裝區(qū)域告警?？稍O(shè)置指定電子圍欄區(qū)域禁止某個(gè)設(shè)備或者全部設(shè)備安裝。通過(guò)在GIS平臺(tái)上繪畫出電子圍欄，實(shí)現(xiàn)禁止設(shè)備進(jìn)入該區(qū)域，有效監(jiān)管煤礦井下特定巷道禁止安裝某些設(shè)備的要求，當(dāng)有移動(dòng)設(shè)備或禁止某些設(shè)備出現(xiàn)在某些區(qū)域時(shí)，使用電子圍欄識(shí)別，并能自動(dòng)告警。

安裝超過(guò)規(guī)定上限告警。即通過(guò)設(shè)置電子圍欄區(qū)域設(shè)備安裝上限，當(dāng)超過(guò)規(guī)定設(shè)備數(shù)量時(shí)產(chǎn)生告警。

非法移除設(shè)備告警。當(dāng)設(shè)置的某電子圍欄區(qū)域指定設(shè)備不得移出時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備不在指定的電子圍欄區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生告警。

3.7" GIS融合大屏

在調(diào)度指揮中心GIS大屏中融合實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常停機(jī)、隱患風(fēng)險(xiǎn)時(shí)大屏可視化告警展示，便于調(diào)度員研判后通過(guò)平臺(tái)通知運(yùn)維人員處置風(fēng)險(xiǎn)。GIS對(duì)于設(shè)備圍欄監(jiān)護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控產(chǎn)生的異常均可實(shí)時(shí)處置，提升整體設(shè)備管理的及時(shí)性。大屏可分圖層進(jìn)行配置，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要配置是否顯示設(shè)備圖層。

4" 測(cè)試應(yīng)用效果

設(shè)備管理應(yīng)用精準(zhǔn)定位系統(tǒng)后，可以有效地識(shí)別分布在井下各位置設(shè)備的情況，通過(guò)自動(dòng)計(jì)算和規(guī)劃，結(jié)合設(shè)備管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，有助于提升井下設(shè)備的管理水平，更加精準(zhǔn)地分析井下設(shè)備隱患、故障、檢修不到位的集中區(qū)域，有針對(duì)性地對(duì)設(shè)備進(jìn)行管控。

通過(guò)設(shè)備的精準(zhǔn)定位，可有效地識(shí)別設(shè)備所在的位置，做到設(shè)備實(shí)時(shí)位置的管理、設(shè)備出現(xiàn)或者離開指定的區(qū)域時(shí)告警提醒，尤其是涉及安全生產(chǎn)時(shí)能起到技術(shù)保安的作用。

測(cè)試人員定位系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性極高，完全能滿足設(shè)備管理對(duì)定位準(zhǔn)確性的要求，同時(shí)通過(guò)電子圍欄模擬測(cè)試，系統(tǒng)均能正常產(chǎn)生告警數(shù)據(jù)。相關(guān)告警數(shù)據(jù)如圖3所示。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用有效提升了礦井設(shè)備管理的規(guī)范性，對(duì)隱患的排查更加便捷，對(duì)設(shè)備隱患的治理更加及時(shí)，有效提升了設(shè)備管理的精細(xì)化水平。

5" 結(jié)論

該系統(tǒng)充分利用精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，并融合應(yīng)用于煤礦井下設(shè)備的管理，充分利用人員定位、設(shè)備實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了系統(tǒng)架構(gòu)，并設(shè)計(jì)了設(shè)備檢修、設(shè)備隱患、設(shè)備圍欄等核心功能模塊，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，整體方案是基于現(xiàn)有的精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，不用重新建設(shè)定位系統(tǒng)，能充分利用現(xiàn)有軟硬件資源，減少系統(tǒng)建設(shè)的成本，有利于資源節(jié)約和數(shù)據(jù)共享。總之，通過(guò)融合定位系統(tǒng)能在一定程度上提升設(shè)備管理技術(shù)手段，也能為礦井設(shè)備實(shí)現(xiàn)精益化管理提供更多解決方案。

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